Применение российской системы T-FLEX CAD при создании трёхмерного манекена взрослого человека для определения параметров пассажирского салона и посадочных мест проектируемых и производимых автотранспортных средств

Автор: Гурин Андрей Михайлович, Главный конструктор ООО «Лаборатория оборудования «ИННОВАЦИЯ» ГК «СЕРКОНС»

Появление и широкое распространение автотранспортных средств в жизни человека обуславливает строгие требования соответствия их конструкции нормативным документам как на стадии проектирования и внутризаводской проверки опытной партии, так и при прохождении процедуры соответствия (валидации) готовых автомобилей, поступающих потребителю.

Фотореалистичные изображения трёхмерного посадочного манекена

Вместе с решением вопросов пассивной безопасности, комфортабельности и дизайна автотранспортного средства особое внимание уделяется определению параметров пассажирского салона и посадочных мест, что осуществляется с помощью трёхмерного посадочного манекена, конструкция которого соответствует требованиям ГОСТ 20304 и эскиз которого представлен на рис. 1.

Рис. 1. Эскиз трёхмерного посадочного манекена

Трёхмерный манекен применяется в следующих целях:

1. Определение параметров пасса-жирского помещения (салона) и посадочных мест на натурном образце автотранспортного средства для проверки их соответствия параметрам, установленным в конструкторской документации завода-изготовителя и характеризующих взаимное располо-жение фактической точки Н посадочных мест водителя и взрослых пассажиров относительно элементов конструкции кузова (кабины), сидений, органов управления (педалей, рычагов), а также определения фактического угла наклона спинки сиденья по ГОСТ 28261.
2. При проектировании и производстве конструкций сидений и их материалов.

Точка Н — это центр тазобедренного шарнира манекена, который расположен в точке пересечения линии, проходящей через центры боковых пробок седалищной панели, с плоскостью симметрии манекена.

Конструкция трёхмерного посадочного манекена представлена на рис. 2 (неуказанные предельные отклонения размеров ±1мм) и включает в себя составные элементы, моделирующие следующие части тела человека:

• торс,
• тазобедренная часть,
• голени и стопы.

А также поворотный шток с наконечником для измерения высоты пассажирского салона кузова.

Рис. 2. Конструкция трёхмерного посадочного манекена
1 — ось тазобедренного шарнира; 2 — голенный груз; 3 — голень; 4 — стопа; 5 — голеностопный шарнир; 6 — кронштейн голенного груза; 7 — коленный шарнир; 8 — бедренный груз; 9 — тазобедренный груз; 10 — сектор; 11 — кронштейн продольного уровня; 12 — регулировочный винт; 13 — спинной груз; 14 — поворотный шток; 15 — наконечник поворотного штока; 16 — кронштейн спинной панели; 17 — остов торса; 18 — кронштейн спинных грузов; 19 — спинная панель; 20 — седалищная панель; 21 — съёмная пробка; 22 — продольный уровень; 23 — поперечный уровень; 24 — кронштейн коленных шарниров; 25 — остов тазобедренной части.

Параметры шкал приведены в табл. 1. Части манекена — голень и тазобедренная часть — регулируются по длине в пределах диапазонов, указанных на рис. 2, а также имеют фиксированные положения 10 %-, 50%- и 95%-ных уровней репрезентативности, под которыми понимаются выражаемые в процентах величины соответствующей части населения, у которой численное значение какой-либо антропометрической характеристики меньше или равно его заданному значению.

Таблица 1.

Обозначение шкалы	Диапазон измерения, не менее	Цена деления
А В С D Е F К М	от 340 до 460 мм » 380 » 530 мм » 80 » 200 мм » 770 » 1080 мм » —10° » +45° » 60° » 120° » 60° » 170° » 60° » 170°	1 мм 1 мм 1 мм 1 мм 1 ° 1 ° 1 ° 1 °

Конструкция составной части, моделирующей левую стопу (правая — зеркально), ее форма, основные размеры голеностопного шарнира приведены на рис. 3.

Рис. 3. Стопа манекена левая (правая - зеркально)

Проекционные виды и геометрические размеры седалищной панели соответствуют рис. 4 и табл. 2. Все размеры даны по наружной поверхности.

Рис. 4. Стопа манекена левая (правая - зеркально)

Таблица 2.

Сечение панели	Размер для сечений панели, мм					Размер, мм
	1 — 1	2 — 2	3 — 3	4 — 4	5 — 5	a	b
А — А Б — Б В — В Г — Г Д — Д Е — Е Ж — Ж К — К М — М Н — Н С — С Н — Н М — М К — К	150 150 150 150 150 170 200 223 221 208 — — — —	150 157 172 181 189 197 210 221 220 208 — — — —	194 196 198 200 203 208 217 215 213 199 — 16 — —	— 183 183 186 190 193 194 196 195 182 — 37 15 15	— — 137 145 148 144 — — — — — — — —	50 147 154 160 162 158 146 106 73 17 — — — —	143 137 133 128 122 112 91 14 0 21 129 — — —

Проекционные виды и геометрические размеры спинной панели соответствуют рис. 5 и табл. 3. Все размеры даны по наружной поверхности.

Рис. 5. Проекционные виды спинной панели

Таблица 3.

Сечение панели	Размер для сечений панели, мм				Размер a, мм
	1 — 1	2 — 2	3 — 3	4 — 4
	Размер h
А — А Б — Б В — В Г — Г  Д — Д Е — Е Ж — Ж К — К М — М	104 104 104 104 103 99 90 76 60	102 102 102 102 100 97 87 73 58	95 93 91 92 91 80 82 68 45	62 46 31 50 68 71 77 58 38	0 12 5 10 27 38 45 44 32
Размер b
—	41	41	39	30	—

Детали манекена, кроме спинной и седалищной панелей, изготавливаются из нержавеющей стали. Спинная и седалищная панели изготавливаются из пластмассы (стеклопластика) и окрашены. Жёсткость панелей достаточная, чтобы при испытаниях не возникали деформации, влияющие на точность результатов измерений. Параметр шероховатости наружных поверхностей панелей не более Rz40 по ГОСТ 2789.

Общая масса манекена с грузами составляет 75,6^+3,9 кг, а массы его составных частей соответствуют указанным в табл. 4.

Таблица 4.

Составные части манекена	Масса номинальная, кг	Кол-во частей в манекене	Масса одной части, кг
Составные части, моделирующие торс и тазобедренную часть, с кронштейном коленных шарниров в сборе без грузов	16,6	1	16,6+2,0
Составные части, моделирующие голени и стопы, в сборе без грузов	10,8	2	5,4+0,25
Спинные грузы	31,2	8	3,9+0,1
Тазобедренные грузы	7,8	2	3,9+0,1
Бедренные грузы	6,8	2	3,4+0,1
Голенные грузы	2,4	2	1,2+0,1

Более подробное описание и требования к конструктивным элементам манекена приводятся в ГОСТ 20304.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ СПИННОЙ И СЕДАЛИЩНОЙ ПАНЕЛЕЙ МАНЕКЕНА

Особый интерес и вместе с тем повышенную трудность из элементов конструкции трёхмерного манекена с точки зрения проектирования представляют седалищная и спинная панели, имеющие сложную геометрическую форму наружных поверхностей. От точности моделирования данных поверхностей зависит точность результатов проводимых при испытаниях измерений.

Лазерное 3D-сканирование панелей существующих аналогичных манекенов или их полигональное моделирование в иностранных дизайнерских программах (например, методом формирования 3D-модели по картинкам проекций, размещаемых в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях) не обеспечивает требуемую высокую точность геометрии. Поэтому для моделирования узлов и деталей трёхмерного манекена в целом и в частности седалищной и спинной панелей на основе данных, приведённых в ГОСТ 20304, было применено российское инженерное программное обеспечение — система автоматического проектирования T-FLEX CAD, имеющая расширенный модуль поверхностного моделирования с точностью до шестого знака после запятой и инструменты анализа получаемой геометрии.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ СПИННОЙ ПАНЕЛИ

Начнём с описания методики проектирования спинной панели, которая несколько проще в сравнении с седалищной панелью. На этой панели определим ключевые этапы моделирования:

1. На основе размерных данных, приведённых на рис. 5 и табл. 3, построим для планируемой поверхности её каркасную (скелетную, проволочную) геометрию, представляющую собой набор 3D-профилей на основе сплайнов с непрерывностью по касательной типа G1, проходящих через опорные точки, лежащие на пересечениях взаимно перпендикулярных плоскостей сечений А-А — М-М и 1-1 — 4-4 соответственно и отступающие на заданное расстояние от секущей плоскости Т-Т, формируя пространственную сетку кривых с размером ячеек в плоскости 50х50 мм.

1.1. Так как геометрия спинной панели имеет симметричную форму относительно продольной (сагиттальной) плоскости, то для ускорения геометрических построений при соблюдении определённых граничных условий допускается создание сплайна на одной половине, зеркальное отображение которого относительно оси симметрии даст нам её вторую половину. Создадим эскиз сечения А-А на горизонтальной рабочей плоскости, отступающей от базовой плоскости «Вид сверху» на 50 мм согласно рис. 5, используя удобные для этого инструменты группы команд «Построения». Создавая параллельные горизонтальные и вертикальные линии построения, отступающие на заданные расстояния, приведённые на рис. 5 и в табл. 3, получим точки их пересечения, через которые проведём линию построения типа «сплайн». При этом в граничных точках сплайна требуется установить условия по кривизне, а именно, в начальной точке, лежащей на вертикальной оси, и в конечной точке, лежащей на горизонтальной оси, — перпендикулярность касательных к соответствующим осям (примечание: для симметричного сплайна в срединной точке касательная перпендикулярна оси симметрии сплайна). Создав вторую половину сплайна через команду «симметрия сплайна» и используя команду «Изображение», получим линии изображения всего сплайна, а завершив эскиз, соответственно и 3D-профиль сплайна сечения А-А. Аналогично на следующих рабочих плоскостях с шагом 50 мм и по данным из табл. 3 строятся эскизы сплайнов и соответствующие 3D-профили всех остальных горизонтальных сечений Б-Б — М-М (рис. 6). Дополнительно для дальнейших построений создадим в опорных точках каждого эскиза необходимые 3D-узлы.

1.2. Создадим 3D-профиль спинной панели по вертикальному сечению Т-Т (рис. 5), совпадающему с базовой плоскостью «Вид слева». Для этого также воспользуемся горизонтальными и вертикальными линиями построения, отступающими на заданные расстояния в соответствии с рис. 5 и табл. 3. Точки пересечения указанных линий позволяют построить через них сплайн сечения Т-Т. Для уточнения геометрии сплайна получим дополнительные опорные точки путём проецирования на рабочую плоскость концов ранее полученных 3D-профилей горизонтальных сечений А-А — М-М (рис. 7). Так как контур спинной панели имеет явно выраженную точку перехода нижней и боковой линий очерка (рис. 5), то целесообразно построение двух отдельных сплайнов — один, соот-ветствующий нижнему очерку спинной панели, а второй её боковому очерку. При этом для отличия системой двух сплайнов в эскизе на одной рабочей плоскости создадим их разными цветами, например, чёрный (базовый) и зелёный. Завершив построение эскиза на рабочей плоскости, получим 3D-профиль, соответствующий половине сечения Т-Т. Для получения симметрич-ной половины воспользуемся командой 3D-моделирования «Симметрия», выбрав режим симметрии профилей. Дополнительно для дальнейших построений создадим в опорных точках эскиза необходимые 3D-узлы.

1.3. Создадим ещё один 3D-профиль, соответствующий проекции спинной панели на рабочую плоскость сечения 1-1, совпадающей с базовой плоскостью «Вид спереди». Используя данные из рис. 5 и табл. 3 и создав соответствующие линии построения, получим три опорные точки, через которые можно провести сплайн или дугу по трём точкам из группы команд «Эскиз» (рис. 8).

1.4. Для получения замкнутой нижней границы каркасной геометрии спинной панели построим 3D-путь, воссозданный по его двум проекциям, которые соответствуют имеющимся профилям, созданных на предыдущих этапах, а именно, нижнего сплайна плоскости сечения Т-Т («Вид слева») и эскиза плоскости сечения 1-1 («Вид спереди»). В итоге получим 3D-путь, симметрия которого относительно плоскости «Вид спереди», определяет нижнюю границу каркасной геометрии поверхности спинной панели (рис. 9).

1.5. Для получения замкнутой верхней границы каркасной геометрии спинной панели создадим профиль на основе эскиза в плоскости, проходящей через самый верх контура спинной панели, построив сплайн через характерные точки с граничными условиями в крайних точках по касательности к ним.

1.6. Для получения дополнительных элементов каркасной геометрии спинной панели и соответственно повышения точности построения её поверхности построим 3D-пути, лежащие в вертикальных плоскостях сечений 1-1 — 4-4 и проходящие соответственно через созданные ранее 3D-узлы. Дополнительно построенные рабочие плоскости с шагом 50 мм от плоскости сечения 1-1 («Вид спереди») позволяют создать 3D-узлы на пересечении данных плоскостей и 3D-пути нижней границы геометрии каркаса, что, в свою очередь, позволяет замкнуть 3D-пути плоскостей сечений 1-1 — 4-4, связав нижнюю и верхнюю границы геометрического каркаса (рис. 10).

Рис. 10. Вспомогательные плоскости, 3D-профили, 3D-узлы, 3D-пути для построения каркаса поверхности спинной панели

Проекции полученного в итоге каркаса для создания поверхности спинной панели, представлены на рис. 11.

Рис. 11. Основные проекции каркаса поверхности спинной панели

1.7. Получив каркас геометрии, отметим при этом характерные области, к которым можно применить соответствующие команды образования поверхности. Так, чтобы получить нижнюю замкнутую область между 3D-путём и профилем сечения А-А, предварительно разделим 3D-путь соответствующими 3D-узлами. Для создания поверхности в границах полученной замкнутой области можно применить команду «Заполнение области», дополнительно в качестве условия выбрав опорные рёбра, указав направляющие 3D-пути в вертикальных секущих плоскостях 1-1, 2-2, 3-3 и их симметричные копии (рис. 12. а).

1.8. Аналогично, используя команду разделения 3D-пути на требуемые участки, создадим следующую замкнутую область, состоящую из профиля сечения А-А, симметричных участков соответствующих 3D-путей и профиля сечения Б-Б. Также для создания поверхности в границах полученной замкнутой области применим команду «Заполнение области», в качестве опорных рёбер указав соответствующие направляющие 3D-пути (рис. 12. б).

1.9. Как можно видеть из рис. 10 и 11 для создания участков поверхности, проходящих через однотипные по структуре профили от сечения Б-Б до сечения М-М целесообразно использовать команду «По сечениям», указав последовательно требуемые сечения из соответствующих профилей и направляющие, выбрав характерные 3D-пути. В итоге получатся плавно и точно переходящие от сечения к сечению участки поверхности (рис. 12. в).

1.10. Для следующей области очередной раз применим команды разделения 3D-путей на требуемые участки и команду «Заполнение области» с указанием соответствующих опорных рёбер, получив требуемый участок поверхности (рис. 12. г).

1.11. Самый верхний участок поверхности образуется выбором соответствующих профилей и командой «Заполнение области» с помощью плоскости (рис. 12. д).

1.12. В завершении к полученным отдельным поверхностям применим команду «Сшивка», позволяющая их объединить и получить единую поверхность спинной панели, изображения которой представлены на рис.13, 14.

Рис. 12. Основные проекции каркаса поверхности спинной панели

Анализируя полученную 3D-модель поверхности спинной панели манекена, важно проследить полное соответствие используемым при проектировании исходным данным, указанным на рис. 5 и в табл. 3 ГОСТ 20304, а также отметить полученные на 3D-модели участки, характерные анатомическим особенностям спины взрослого человека нормального телосложения, а именно, углубления в подлопаточной области; естественные изгибы плечевого пояса и шейного отдела позвоночника; выпрямленный отдел поясничного отдела позвоночника, контактирующего со спинкой сиденья автотранспортного средства; формы боковых частей грудной клетки.

Рис. 13. Изометрии 3D-модели поверхности спинной панели в прозрачном виде с каркасной сеткой и с наложением материала

Рис. 14. Виды спереди, сбоку и сверху 3D-модели поверхности спинной панели в прозрачном виде с каркасной сеткой и с наложением материала

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ СЕДАЛИЩНОЙ ПАНЕЛИ

Рассмотрим этапы моделирования поверхности седалищной панели.

2. На основе размерных данных, приведённых на рис. 4 и табл. 2, по аналогии со спинной панелью построим для планируемой поверхности её каркасную (скелетную, проволочную) геометрию, представляющую собой 3D-профили на основе сплайнов с непрерывностью по касательной типа G1, проходящих через опорные точки, лежащие на пересечениях взаимно перпендикулярных плоскостей сечений А-А — С-С и 1-1 — 5-5 соответственно и отступающие на заданное расстояние от секущей плоскости Т-Т, формируя пространственную сетку кривых с размером ячеек в плоскости 50х50 мм.

2.1. Так же как и у спинной панели геометрия седалищной панели имеет симметричную форму относительно продольной (сагиттальной) плоскости, поэтому для ускорения геометрических построений при соблюдении определённых граничных условий допускается создание сплайна на одной половине, зеркальное отображение которого относительно оси симметрии даст нам её вторую половину. Создадим эскиз сечения А-А в вертикальной рабочей плоскости, отступающей от базовой плоскости «Вид слева» на 50 мм согласно рис. 4, используя инструменты группы команд «Построения». Создавая параллельные горизонтальные и вертикальные линии построения, соответствующие сечениям 1-1 — 5-5 и отступающие на заданные расстояния, приведённые на рис. 4 и в табл. 2, с учётом дополнительных точек, задаваемых размером «а» по горизонтали от сечения 2-2 и размером «b» по вертикали от сечения Т-Т, получим точки пересечения, через которые проведём линию построения типа «сплайн». При этом необходимо отметить, что согласно рис. 4 и в табл. 2, начиная с сечения А-А до сечения Ж-Ж, седалищная панель в центральной части сечений имеет плоский горизонтальный участок, отступающий на расстояние 150 мм от сечения Т-Т, совпадающего с базовой плоскостью «Вид сверху», и предназначенного для крепления остова тазобедренной части (поз. 25 рис. 2). Построение профиля горизонтального участка представлен на рис. 15.

Рис. 15. Эскиз горизонтального участка каркаса поверхности седалищной панели

В связи с этим в соответствующей граничной точке сплайна, совпадающей с конечной точкой проекции горизонтального участка, требуется установить условие по кривизне — касательность сплайна к горизонтальной линии. Создав вторую половину сплайна через команду «симметрия сплайна» и используя команду «Изображение», получим линии изображения всего сплайна, а завершив эскиз, соответственно и 3D-профиль сплайна сечения А-А. Аналогично на следующих вертикальных рабочих плоскостях с шагом 50 мм и по данным из рис. 4 и табл.2 строятся эскизы сплайнов и соответствующие 3D-профили всех остальных вертикальных сечений Б-Б — Н-Н (рис. 16, 17), кроме сечения С-С, где профиль представляет собой точку, определяющей край поверхности седалищной панели в срединной плоскости 1-1. Дополнительно для дальнейших построений создадим в опорных точках каждого эскиза необходимые 3D-узлы.

Рис. 16. Эскиз сечения Б-Б вертикальной плоскостью, пересекающей горизонтальный участок поверхности седалищной панели (показаны отношения элементов)

Рис. 17. Эскиз сечения К-К вертикальной плоскостью после горизонтального участка поверхности седалищной панели

2.2. Создадим каркас поверхности седалищной панели, представляющей собой вертикальный участок, связующий край центральной части и окончание бокового ребра панели. Для этого, используя данные из рис. 4 и табл. 2, в начале построим 3D-путь, соответствующий верхней границе данного участка. В эскизе сечения А-А построим характерную точку, положение которой задано в табл. 2 размерами «а» и «b» (рис. 18).

Создадим горизонтальную линию края седалищной панели в вертикальной плоскости, отстоящей на 37 мм от плоскости сечения А-А. Данная линия отступает на 152 мм от плоскости сечения Т-Т (плоскости «Вид сверху»), а её концы на 5 мм от сечения 2-2 (рис. 19).

Дополнительно согласно рис. 4 создадим 3D-узел, находящийся в вертикальной плоскости, отстоящей на 15 мм от плоскости сечения А-А на соответствующем расстоянии 140 мм от плоскости сечения Т-Т и на 12 мм от плоскости сечения 5-5.

Получив три характерных 3D-узла построим 3D-путь в виде сплайна, который и определяет верхнюю границу рассматриваемого участка (рис. 20).

Рис. 20. 3D-путь верхней границы крайнего участка седалищной панели

Спроецируем полученный 3D-путь на плоскость, параллельную сечению Т-Т (плоскости «Вид сверху») и проходящую через 3D-узел, соответствующий самой нижней точки сплайна сечения А-А.

Построим 3D-путь, определяющий нижнюю границу рассматриваемой области, через три соответствующих опорных 3D-узла, соблюдая условия каса-тельности сплайна к кривым в соответствующих граничных точках (рис. 21).

Рис. 21. Построение 3D-пути нижней границы крайнего участка седалищной панели

В результате получим замкнутую область из 3D-путей, формирующих вертикальный участок поверхности седалищной панели, который связывает край центральной части и окончание бокового ребра панели (рис. 22).

Рис. 22. Участок поверхности седалищной панели, связывающий край центральной части и окончание бокового ребра панели.

2.3. В срединной плоскости сечения 1-1 («Вид спереди») построим эскиз с помощью сплайна, проходящего через точки, полученные проекцией 3D-профилей сечений А-А — С-С (рис. 23). Для удобства проецирования в режиме эскиза рабочей плоскости можно использовать команду «Вращение сцены».

Рис. 23. Эскиз сечения 1-1.

2.4. Построим 3D-пути и их зеркальные копии, связывающие последовательно все соответствующие промежуточные и конечные 3D-узлы 3D-профилей сечений А-А — С-С (рис. 24).

Рис. 24. 3D-пути, связывающие последовательно все промежуточные и конечные 3D-узлы 3D-профилей сечений А-А — С-С.

2.5. Для получения дополнительных кривых каркасной геометрии седалищной панели и соответственно повышения точности построения её поверхности создадим 3D-пути, проходящие через 3D-узлы на пересечениях горизонтальных секущих плоскостей с шагом 50 мм параллельно плоскости сечения Т-Т (плоскости «Вид сверху») с соответствующими построенными 3D-профилями сечений А-А — С-С и 3D-профилем в срединной плоскости сечения 1-1. С помощью команды построения «3D-узел на пересечении элементов» создадим последовательно 3D-узлы на пересечении указанных плоскостей с 3D-профилями сечений А-А — С-С. Построим требуемые 3D-пути, проходящий через полученные 3D-узлы (рис. 25), образовав горизонтальные рёбра скелета поверхности панели.

Рис. 25. 3D-узлы и 3D-пути, соответствующие горизонтальным рёбрам поверхности в плоскостях, параллельных плоскости сечения Т-Т.

2.6. Для получения дополнительных кривых, соответствующих вертикальным рёбрам скелета поверхности седалищной панели, построим плоскости, соответствующие сечениям 2-2, 3-3, 4-4. С помощью команды построения «3D-узел на пересечении» создадим 3D-узлы на пересечении указанных плоскостей с 3D-профилями поперечных сечений М-М и Н-Н, а также 3D-путями, полученными в пп. 2.4 и 2.5. Создадим продолжение требуемых 3D-путей, проходящих через полученные 3D-узлы (рис. 26).

Рис. 26. 3D-узлы и 3D-пути, соответствующие вертикальным рёбрам поверхности в плоскостях сечений 2-2 — 4-4.

2.7. Применив операцию «Симметрия», выбрав тип «Симметрия построений», создадим зеркальные копии полученных 3D-путей относительно плоскости «Вид спереди», совпадающей с сечением 1-1. В результате получим каркасную (скелетную, проволочную) геометрию поверхности седалищной панели, представленную на рис. 27.

Рис. 27. Вспомогательные плоскости, профили, 3D-узлы, 3D-пути для построения каркаса поверхности седалищной панели

Проекции полученного каркаса поверхности седалищной панели, представлены на рис. 28.

Рис. 28. Основные проекции каркаса поверхности седалищной панели

2.8. Получив каркас геометрии седалищной панели, отметим при этом характерные области, к которым можно применить соответствующие команды образования поверхности. Для создания поверхности в границах между центральным передним краем и началом горизонтального участка воспользуемся командой «Заполнение области» (рис. 29, а). Эту же команду можно применить для создания участка поверхности целиком на горизонтальном участке (рис. 29, б), а также первого бокового нисходящего участка (рис. 29, в).

2.9. Для создания вертикального участка поверхности, который связывает край центральной части и окончание бокового ребра седалищной панели применим команду «Линейчатая поверхность» (рис. 29, г).

2.10. Для создания на одной стороне нисходящих участков поверхности, проходящих через профили от сечения Б-Б до сечения Д-Д в пределах горизонтальной центральной части, последовательно воспользуемся командой «По сечениям», указав требуемые сечения из соответствующих профилей и направляющие, выбрав характерные 3D-пути. Предварительно разделим 3D-профили сечений на соответствующие симметричные участки по 3D-узлам, а для правильного задания направляющих может потребоваться и разделение соответствующих 3D-путей на участки в пределах границ сечений. В итоге получатся плавно и точно переходящие от сечения к сечению участки поверхности (рис. 29, д — з).

2.11. Используя команду «Симметрия» в режиме «Симметрия операций» и выбрав ранее полученные участки поверхности, а в качестве плоскости симметрии — плоскость сечения 1-1 («Вид спереди»), построим зеркальную половину заполненных участков от переднего края панели до окончания её центрального горизонтального участка (рис. 29, и).

2.12. Далее снова целесообразно последовательное применение команды «По сечениям», выбирая уже целые 3D-профили на соответствующих границах сечений Е-Е — Н-Н, а также требуемые направляющие на основе 3D-путей, которые при необходимости предварительно можно разделить на участки в пределах границ сечений. Таким образом последовательно получаются плавно переходящие участки поверхностей (рис. 29, к — о).

2.13. Для создания поверхности крайней задней части седалищной панели применим команду «Заполнение области». Предварительно для формирования необходимого замкнутого контура разделим 3D-путь верхнего контура скелета поверхности на центральный участок в границах 3D-профиля сечения Н-Н. Сформировав в команде контур из обозначенных участков и указав в качестве дополнительного условия рёбра, выбрав соответствующие 3D-пути, получим гладко заполненную область (рис. 29, п).

2.14. В завершении к полученным отдельным поверхностям применим команду «Сшивка», позволяющая их объединить и получить единую поверхность седалищной панели, изображения которой представлены на рис. 30, 31.

Рис. 29 (а-е). Последовательность создания отдельных частей поверхности седалищной панели

Рис. 29 (ж-м). Последовательность создания отдельных частей поверхности седалищной панели

Рис. 29 (н-п). Последовательность создания отдельных частей поверхности седалищной панели

Анализируя полученную 3D-модель поверхности седалищной панели манекена, важно проследить полное соответствие используемым при проектировании исходным данным, указанным на рис. 4 и в табл. 2 ГОСТ 20304, а также отметить полученные на 3D-модели участки, характерные анатомическим особенностям тазобедренной области взрослого человека нормального телосложения, включая характерные выступы тазовых, подвздошных и седалищных костей, округлость ягодичных мышц, сужение поперечного сечения бёдер от таза к коленным суставам ног.

Рис. 30. Изометрии 3D-модели поверхности седалищной панели в прозрачном виде с каркасной сеткой и с наложением материала

Рис. 31. Виды спереди, сбоку и сверху (снизу) 3D-модели поверхности седалищной панели в прозрачном виде с каркасной сеткой и с наложением материала

На основании полученных точных электронных моделей поверхностей спинной и седалищной панелей было организовано их серийное производство. Предварительно с помощью фрезерного станка с ЧПУ была подготовлена мастер-модель из фанеры, которая использовалась как матрица для изготовления готовых изделий из стеклопластика, обеспечивающего необходимую прочность, жёсткость, коррозионную стойкость. В дальнейшем на внешнюю поверхность изделия наносится покрытие из глянцевой краски, обеспечивая величину шероховатости в соответствии с требованиями ГОСТ.

Вместе с моделированием седалищной и спинной панелей все остальные детали и узлы трёхмерного манекена были также спроектированы в системе T‑FLEX CAD с использованием её широких возможностей:

1. Созданы 3D-модели деталей и сборочных единиц, включая их исполнения (Приложение А, рис. П.А 1).
2. Произведена параметризация модели манекена для оценки условий соблюдения линейных и угловых перемещений частей манекена согласно шкалам.
3. Методом конечных элементов в модуле T-FLEX Анализ произведены расчёты на статическую прочность и определены деформации критически важных деталей, подвергающихся нагрузкам (Приложение А, рис. П.А 2).
4. Оформлены чертежи в соответствии с требованиями ЕСКД (Приложение А, рис. П.А 3).
5. Автоматически сформированы спецификации на сборочные единицы, в т.ч. спецификации с переменными данными для исполнений (Приложение А, рис. П.А 4).
6. Подготовлены видео-сценарии сборки-разборки составных частей манекена для облегчения понимания на этапах производства и эксплуатации изделия (Приложение А, рис. П.А 5, ссылка на видео по адресу).
7. Созданы фотореалистичные изображения 3D-модели манекена для лучшего восприятия и предоставления заказчику, а также для подготовки технического паспорта и инструкции пользования на изделие (Приложение А, рис. П.А 6, 7).

В Приложении приведены примеры изготовленных манекенов и их расположение на водительском сиденье в салонах российских автомобилей, выпускаемых Волжским автомобильным заводом «АВТОВАЗ» и Ульяновским автомобильным заводом «УАЗ», на примере коммерческого автомобиля LADA LARGUS, легковых автомобилей LADA GRANTA и LADA VESTA SW, а также внедорожного автомобиля UAZ PATRIOT.

В результате комплексно выполненного проекта применение российской системы автоматического проектирования T-FLEX CAD показывает её высокую эффективность в решении самых разнообразных инженерных задач — от простого до повышенного уровней трудности, включая моделирование сложных поверхностей, что особенно актуально при проектировании конструкций новых наукоёмких и технически сложных изделий в автотранспортном машиностроении, а также для авиационной и ракетно-космической отраслей, судостроения, станкостроения и иных областей, где требуется точное твердотельное и поверхностное моделирование, грамотное оформление конструкторской документации, достоверные прочностные расчёты, высококачественные фото- и видеовизуализации спроектированных изделий.

Приложения

Рис. П.А 1. Сборочный чертёж изделия, оформленный в T-FLEX CAD

Рис. П.А 2. Расчёт остова торса на статическую прочность в модуле T-FLEX АНАЛИЗ при моделировании веса полного комплекта спинных грузов (сетка конечных элементов, коэффициент запаса прочности, эквивалентные напряжения, деформации)

Рис. П.А 4. Спецификация с переменными данными для исполнений

Рис. П.А 5. Сценарий разборки изделия

Рис. П.А 7. Фотореалистичные изображения трёхмерного посадочного манекена в различных положениях

Рис. П.Б 1. Фотографии готовых трёхмерных посадочных манекенов

Рис. П.Б 2. Размещение трёхмерного посадочного манекена в коммерческом автомобиле «АВТОВАЗ» LADA LARGUS

Рис. П.Б 3. Размещение трёхмерного посадочного манекена в легковом автомобиле «АВТОВАЗ» LADA GRANTA

Рис. П.Б 4. Размещение трёхмерного посадочного манекена в легковом автомобиле «АВТОВАЗ» LADA VESTA SW

Рис. П.Б 5. Размещение трёхмерного посадочного манекена во внедорожном автомобиле «УАЗ» UAZ PATRIOT

Дополнительно